Relevanz funktioneller Diversität in mikrobiellen Nahrungsnetzen: Effekte von Grazer-Diversität auf Beutediversität und -zusammensetzung
Final Report Abstract
Der schnell voranschreitende Verlust biologischer Artenvielfalt und seine Konsequenzen für Ökosysteme ist einer der wichtigsten Aspekte globaler Umweltveränderungen. Um die Auswirkungen von Diversitätsverlust auf Ökosysteme abschätzen zu können, ist ein Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen zwingend notwendig. Während eine Reihe von Studien die Relevanz von Artenverlust gerade auf höheren Nahrungsnetz-Ebenen (Konsumenten) demonstriert haben, ist die funktionelle Rolle der Spezialisierung dieser Konsumenten in diesem Zusammenhang vernachlässigt worden. In einer Reihe von Experimenten untersuchten wir den Einfluss von Konsumentendiversität und –spezialisierung (Generalisten vs. Spezialisten) auf die Diversität und Produktivität von Beutegemeinschaften sowie auf die Produktivität der Konsumenten. Dazu setzten wir Mikroalgen als Beute und Ciliaten (Einzeller) als Konsumenten in artifiziellen, aus 4 Beute- und 1, 2 oder 4 Konsumentenarten bestehenden Nahrungsnetzen mit unterschiedlichen Artenzusammensetzungen ein. Im Anschluss daran untersuchten wir die gleichen Mechanismen in einem komplexeren Nahrungsnetz. Dieses bestand aus einer natürlichen, hoch diversen Algengemeinschaft, 1, 2 oder 4 Ciliaten-Konsumenten und einem Prädator, der sowohl die Algen als auch die Ciliaten fressen konnte. Wir demonstrierten, dass Diversitätsverlust auf Konsumentenebene weitreichende Effekte innerhalb und über trophische Ebenen hinaus haben kann. Mit steigender Diversität verstärkten sich die negativen Effekte der Konsumenten auf ihre Beute hinsichtlich Biomasse und Diversität. Dies kam durch die effizientere Nutzung vorhandener Ressourcen zustande (mehr Ciliaten mit unterschiedlichen Nahrungsspektren können eine größere Bandbreite von Algen fressen), was gleichzeitig zu einer erhöhten Produktion der Ciliaten (Sekundärproduktion) führte. In diesem Kontext beeinflussten jedoch die Konsumenten-Spezialisierung und ihre Ernährungsstrategien, sowie artspezifische Eigenschaften wie Fraß- und Wachstumsraten die Stärke der Diversitätseffekte auf Beute und auf Sekundärproduktion. Ein starker Konsument mit hohen Fraßraten hatte in einem wenig diversen System z. B. einen größeren Einfluss auf die Beutegemeinschaft als Konsumentenspezialisierung per se. Auf Konsumentenebene konnten wir zeigen, dass sich mit Erhöhung der funktionellen Diversität der Konsumenten (Spezialisierung, Ernährungsstrategie) der positive Diversitätseffekt auf Sekundärproduktion erhöht. Ein positiver Diversitätseffekt auf Sekundärproduktion ließ sich auch im komplexeren Nahrungsnetz mit der natürlichen Algengemeinschaft als Beute nachweisen. Durch die Anwesenheit nicht fressbarer Algenarten für die Ciliaten hatte Ciliatendiversität jedoch nur einen negativen Einfluss auf die Algengemeinschaft in Anwesenheit des Prädators. Dieser wirkte sich durch Fraß und Konkurrenz auch negativ auf die Ciliaten aus, dieser Effekt verringerte sich jedoch mit ansteigender Ciliatendiversität. Insgesamt zeigten unsere Ergebnisse, dass beim Verlust von Arten auf Konsumentenebene die Spezialisierung und Ernährungsstrategie von Konsumenten, sowie artspezifische Eigenschaften der Organismen auf allen Ebenen des Nahrungsnetzes (Konsumenten und Beute) sehr wichtige Faktoren sind, die die Richtung und Stärke von Diversitätseffekten bestimmen können.
Publications
- November 2009 University of Potsdam, Institute of Biochemistry and Biology: Ecology and Ecosystem Modelling `How biodiversity affects ecosystem functioning´
- September 2009 German Limnological Society, Oldenburg, Germany: Functional diversity across trophic levels: Consumer effects on prey diversity and composition
Filip J., Hillebrand H., Moorthi SD
- July 2010 International Society of Protistologists (ISOP), Canterbury, UK: The effects of grazer diversity on prey diversity and composition
Filip J., Hillebrand H., Moorthi SD
- February 2011 American Society of Limnology and Oceanography (ASLO), Puerto Rico, USA: Relevance of functional diversity in (microbial) food webs
Filip J., Hillebrand H., Moorthi SD
- February 2011 University of San Diego, CA, USA: Section of Ecology, Behavior and Evolution `The Relevance of functional diversity in (microbial) foodwebs: The effects of consumer diversity on prey diversity and composition´
- September 2011 Ecological Society of Germany, Austria and Switzerland, (GfÖ), Oldenburg, Germany: Consumer diversity effects on natural prey assemblages in aquatic food webs
Filip J., Hillebrand H., Moorthi SD
- (2012). Nutritional mode and specialization alter protist consumer diversity effects on prey assemblages. Aquatic Microbial Ecology 66: 257 - 269
Filip J, Müller L-L, Hillebrand H & Moorthi SD
(See online at https://doi.org/10.3354/ame01573)
